最新最全的矢量分析与场论讲义(必考)
18页1、矢量分析与场论矢量分析与场论第一章矢量分析一 内容概要1 矢量分析是场论的基础,本章主要包括以下几个主要概念:矢性 函数及其极限、连续,有关导数、微分、积分等概念。与高等数学 研究过的数性函数的相应概念完全类似,可以看成是这些概念在矢 量分析中的推广。2 本章所讨论的,仅限于一个自变量的矢性函数,但在后边场tA 论部分所涉及的矢性函数,则完全是两个或者三个自变量的多元矢 性函数或者,对于这种多元矢性函数及其极限、连续、yx,Azyx,A 偏导数、全微分等概念,完全可以仿照本章将高等数学中的多元函 数及其有关的相应概念加以推广而得出。3 本章的重点是矢性函数及其微分法,特别要注意导矢的几何tA 意义,即是位于的矢端曲线上的一个切向矢量,其起点在曲tAtA 线上对应 t 值的点处,且恒指向 t 值增大的一方。如果将自变量取为矢端曲线的弧长 s,即矢性函数成为, sAA 则不仅是一个恒指向 s 增大一方的切向矢量,而且是一个 dsdsAA单位切向矢量。这一点在几何和力学上都很重要。4 矢量保持定长的充分必要条件是与其导矢互相垂直。tAtAtA因此单位矢量与其导矢互相垂直。比如圆函数为单jie
2、tttsincos位矢量,故有,此外又由于,故。 (圆函tt eett1eett1ee数还可以用来简化较冗长的公式,注意灵活运用) 。5 在矢性函数的积分法中,注意两个矢性函数的数量积和两个矢性 函数的矢量积的分部积分法公式有所不同,分别为:dtdtABBABAdtdtABBABA前者与高等数学种数性函数的分部积分法公式一致,后者由两项相 减变为了求和,这是因为矢量积服从于“负交换律”之故。6 在矢量代数中,在引进了矢量坐标之后,一个空间量就和三个数 量构成一一对应关系,而且有关矢量的一些运算,例如和、差以及 数量与矢量的乘积都可以转化为三个数量坐标的相应运算。同样, 在矢量分析中,若矢性函数采用坐标表示式,则一个矢性函数就和 三个数性函数构成一一对应关系,而且有关矢性函数的一些运算, 例如计算极限、求导数、求积分等亦可以转化为对其三个坐标函数 的相应运算。7 矢性函数极限的基本运算公式(14)、导数运算公式(p11)、不定积 分的基本运算公式(p16)典型例题: 教材 p6 例 2、p10 例 4、p12 例 6、p13 例 7。习题一(p1920) 此外还有上课所讲的例题。 补充:
3、1)设,求 kerba12021drrS2)一质点以常角加速度沿圆周运动,试证明其加速度 era,其中 为速度 的模。r22avvv3)已知矢量,计算积分。kjiAtttln2 kjiBttet3sindtBA4)已知矢量,计算积分。jiAtt2kjiBtettsincosdtBA第二章场论一 内容概要1 本章按其特点可以划分为三部分:第一部分为第一节,除介绍场 的概念外,主要讨论了如何从宏观上利用等值面(线)和矢量线描 述场的分布规律;第二部分为第二、三、四节,内容主要是从微观 方面揭示场的一些重要特性;第三部分为第五节,主要介绍三种具 有某种特性而又常见的矢量场。其中第二部分又为本章之重点。2 空间数量场的等值面和平面数量场的等值线以及矢量场的矢量线 等,都是为了能够形象直观地体现所考察的数量或矢量在 Mu MA 场中的宏观分布情况而引入的概念。比如温度场中的等温面,电位场中的等位面,都是空间数量场 中等值面的例子;而地形图上的等高线即为平面数量场中等值线的 例子。在矢量场中,矢量线可以体现场矢量的分布状况,又能体现场 矢量的走向。例如流场中的流线,体现了流速的分布状况和它们的 走
4、向。此外,由于矢量场中的每一点都有一条矢量线通过,因此对 于场中的任一条曲线 C(非矢量线) ,在其上的每一点也皆有一条矢 量线通过,这些矢量线的全体,就构成一曲面,称为矢量面,特别 的,当曲线 C 为封闭曲线时,矢量面就成为一管形曲面,称之为矢 量管。3 有一种空间场(矢量场或者数量场)具有这样的一种几何特点: 就是在场中存在一族充满场所在空间的平行平面,场在其中每一个 平面上的分布,都是完全相同的(若是矢量场,其场矢量同时也平 行于这些平面) 。对于这种场,只要知道场在其中任一平面的中的特 性,则场在整个空间里的特性就知道了,因此,可以将这种场简化 到这族平面中的任意一个平面上来研究,因而,也把这种场称为平 行平面场。在平行平面场中,通常为了研究方便,通常取所研究的 这一个平面为 xoy 平面。此时,在平行平面场中,场矢量就可以表 示成为平面矢量,在平行平面数量场中,其数jAiAAyxyxyx, 量就可以表示成为二元函数,并且这样的研究结果适用于yxuu, 任何一块与 xoy 面平行的平面。典型例题:习题 2(最好能全部做一下)(1)求数量场通过点 M(1,2,1)的等值面。222
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